一种用于钻井液信道的宽带数据传输系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于钻井液信道的宽带数据传输系统及方法，方法包括：利用钻井液信道脉冲信号衰减模型进行分析得到脉冲信号衰减的频域特性曲线；利用所述钻井液信道的脉冲信号传输频域模型分析得到所述钻井液信道的传递函数，再根据所述传递函数得到所述钻井液信道的幅频响应曲线；根据所述幅频响应曲线与所述频域特性曲线选择所述钻井液信道的N个不同谐振频率点分别作为一个信息传输通道，构成N个具有不同谐振频率的信息传输通道；将井下的测井数据分解成M个子数据并将所述M个子数据通过所述N个信息传输通道传输至井口。本发明专利技术多通道传输信息，实现宽带传输，传输速率大大提高。

【技术实现步骤摘要】
一种用于钻井液信道的宽带数据传输系统及方法
本专利技术涉及随钻测量数据传输领域，特别涉及一种用于钻井液信道的宽带数据传输系统及方法。
技术介绍
随钻测量（MWD：MeasurementWhileDrilling）是一种能在钻头钻井过程中测量、采集钻头附近测井数据，并将采集数据实时传输到地面系统的技术。测井数据通常包括地层特性信息和各种钻井工程参数。作为目前用于钻井随钻测量中最好的信息传输技术之一，钻井液压力信号传输方式的基本工作原理是将井下测得的信息转换成控制信息，并将控制信息作用于井下的钻井液压力信号发生器，使传输信道中的钻井液压力发生变化，从而产生钻井液压力脉动，压力脉动伴随传输信道中的钻井液传递到地面，经地面处理系统处理而转换成所需的井下测量信息。由于钻井液信道环境十分恶劣，在此信息传输方式中，由于现场测量条件的影响，安装在立管上的检测泥浆压力波动的压力传感器的输出，不仅包含井下传来的有用信号，而且含有由于泥浆泵压缩泥浆而引起的大幅度周期性压力波动和其他各种机械作用所引起的压力波动以及随机噪声，井口处信号完全淹没在各种噪声中。钻井液信号传输特性主要包含信号的传输速度、信号衰减、信号的反射等。但是对于钻井液压力传输系统，压力脉冲信号在钻柱中从井底向井口的传输过程当中，由于钻井液属于气、液、固三相流，其间含有粘土、岩屑、重晶石粉等固相物质，并且往往存在着游离状态的气体等气相物质，通过脉冲发生器产生的钻井液压力信号强度会不断地衰减，衰减程度受信号频率及传输距离的影响，数据传输效率低下。总之，钻井液信道是一个非常复杂的信道，目前应用于该信道上的传输技术包括：脉冲传输和连续波传输两种方式，这两种传输方式都只使用钻井液信道的低频段来传输信息，脉冲方式一般只能达到3bps，连续波传输方式也仅能达到12bps的传输速率，数据传输速率低下。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种提高传输速率的用于钻井液信道的宽带数据传输系统及方法。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于钻井液信道的宽带数据传输方法，包括如下步骤:利用钻井液信道脉冲信号衰减模型进行分析得到脉冲信号衰减的频域特性曲线；利用所述钻井液信道的脉冲信号传输频域模型分析得到所述钻井液信道的传递函数，根据所述传递函数得到所述钻井液信道的幅频响应曲线；根据所述幅频响应曲线与频域特性曲线选择所述钻井液信道的N个不同谐振频率点分别作为一个信息传输通道，构成N个具有不同谐振频率的信息传输通道；将井下的测井数据分解成M个子数据并将所述M个子数据通过所述N个信息传输通道传输至井口；其中，所述N个信息传输通道中的一个信息传输通道只传输所述M个子数据中的一个子数据，M≤N，且M和N均为大于等于1的整数。优选的，所述M=N。优选的，所述N个信息传输通道中每个信息传输通道接收到所述M个子数据中的一个子数据后均对所述子数据进行编码，再进行调制将所述子数据调制到对应的信息传输通道的谐振频率上。优选的，所述N个信息传输通道中每个信息传输通道对所述子数据进行编码采用的编码方式为BCH编码、RS编码、LDPC编码、卷积编码和Turbo编码方式中的任何一个。进一步的，所述N个信息传输通道中每个信息传输通道采用的编码方式相同或者不同。优选的，所述N个信息传输通道中每个信息传输通道对所述子数据进行调制采用的调制方式为BPSK调制、2FSK调制、QPSK调制、MPSK调制、MFSK调制、M-QAM调制和CPM调制中的任何一个。进一步的，所述N个信息传输通道中每个信息传输通道采用的调制方式相同或者不同。本专利技术实施例还提供一种用于钻井液信道的宽带数据传输系统，包括:数据解复用器，用于将井下的测井数据分解成Q个子数据输出；以及上方法实施例中得到的N个具有不同谐振频率的信息传输通道，用于将所述Q个子数据传输至井口；其中，所述N个信息传输通道中的一个信息传输通道只传输所述Q个子数据中的一个子数据，Q≤N，且Q和N均为大于等于1的整数。优选的，所述N个信息传输通道中每个信息传输通道还用于接收到所述Q个子数据中的一个子数据后均对所述子数据进行编码，再进行调制将所述子数据调制到对应的信息传输通道的谐振频率上。优选的，所述N个信息传输通道中每个信息传输通道对所述子数据进行编码采用的编码方式为BCH编码、RS编码、LDPC编码、卷积编码和Turbo编码方式中的任何一个；所述N个信息传输通道中每个信息传输通道对所述子数据进行调制采用的调制方式为BPSK调制、2FSK调制、QPSK调制、MPSK调制、MFSK调制、M-QAM调制和CPM调制中的任何一个。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术利用钻井液信道模型具有无穷多谐振频率点的幅频响应特性，选择钻井液信道的N个不同谐振频率点分别作为一个信息传输通道，构成N个具有不同谐振频率的信息传输通道，每一个谐振频率点作为一个子信道，多通道传输信息，实现宽带传输，传输速率大大提高。附图说明：图1是脉冲信号衰减强度频域分析曲线示意图；图2是钻井液信道幅频响应曲线示意图；图3是本专利技术钻井液信道的宽带数据传输系统示意图；图4是本专利技术实施例中采用BCH编码和BPSK调制的钻井液信道的宽带数据传输系统示意图；图5是图4中的BPSK调制原理示意图；图6是本专利技术实施例中采用混合编码调制的钻井液信道的宽带数据传输系统示意图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的详细描述。但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
技术实现思路
所实现的技术均属于本专利技术的范围。本专利技术一种用于钻井液信道的宽带数据传输方法，包括如下步骤:S1、利用钻井液信道脉冲信号衰减模型进行分析得到脉冲信号衰减的频域特性曲线。脉冲信号衰减模型的建立为现有技术，例如可通过对钻井液信道进行流体力学分析得到，此处不再详述。本专利技术利用现有的脉冲信号衰减模型分析得到的脉冲信号衰减的频域特性曲线如图1所示。由图1可知，对于各钻井液信道，传输信号衰减强度随信道自身的脉冲信号频率的增加先增大后减小，峰值频率出现在频率0.1Hz附近。在低频段信号衰减强度随信号频率的增加而迅速增大，而在高频段内信号衰减强度的变化则比较平缓。由此可见，脉冲信号在低频段衰减强度较小，传输距离更远；而在高频段则传输稳定性更好。当信号频率达到0.6Hz后．信号衰减强度不再发生很大变化，可认为该频域为脉冲信号稳定传输域。本专利技术主要是利用低频区域和各个谐振频率点所构成的多个通道进行数据传输。S2、利用所述钻井液信道的脉冲信号传输频域模型分析得到所述钻井液信道的传递函数，根据所述传递函数得到所述钻井液信道的幅频响应曲线。所述钻井液信道的脉冲信号传输频域模型的建立同样为现有技术，这个特征是钻井液信道固有的物理特征，可以通过多种方法得到，如通过流体力学原理建立模型分析得到，或者通过实验得到，此处不再详述。钻井液信道即钻管内的流体流动通道，根据电传输线理论，具有恒定管径和轴向层流流动的流体传输管道，可用电传输线理论来描述，分别代表每单位长度流体介质的流阻、流感、流容和流导。由此可以建立起传输线微分方程：式中：——系统串联阻抗；——系统并联导纳；——距离脉冲发生器的距离；——拉普拉斯变换的变量；——压力的拉普本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于钻井液信道的宽带数据传输方法，其特征在于，包括如下步骤:利用钻井液信道脉冲信号衰减模型进行分析得到脉冲信号衰减的频域特性曲线；利用所述钻井液信道的脉冲信号传输频域模型分析得到所述钻井液信道的传递函数，再根据所述传递函数得到所述钻井液信道的幅频响应曲线；根据所述幅频响应曲线与所述频域特性曲线选择所述钻井液信道的N个不同谐振频率点分别作为一个信息传输通道，构成N个具有不同谐振频率的信息传输通道；将井下的测井数据分解成M个子数据并将所述M个子数据通过所述N个信息传输通道传输至井口；其中，所述N个信息传输通道中的一个信息传输通道只传输所述M个子数据中的一个子数据，M≤N，且M和N均为大于等于1的整数。

【技术特征摘要】
1.一种用于钻井液信道的宽带数据传输方法，其特征在于，包括如下步骤:利用钻井液信道脉冲信号衰减模型进行分析得到脉冲信号衰减的频域特性曲线；利用所述钻井液信道的脉冲信号传输频域模型分析得到所述钻井液信道的传递函数，再根据所述传递函数得到所述钻井液信道的幅频响应曲线；根据所述幅频响应曲线与所述频域特性曲线的结合所反映的完整的信道幅频响应选择所述钻井液信道的N个不同谐振频率点分别作为一个信息传输通道，构成N个具有不同谐振频率的信息传输通道；将井下的测井数据分解成M个子数据并将所述M个子数据通过所述N个信息传输通道传输至井口；其中，所述N个信息传输通道中的一个信息传输通道只传输所述M个子数据中的一个子数据，M≤N，且M和N均为大于等于1的整数。2.根据权利要求1所述的用于钻井液信道的宽带数据传输方法，其特征在于，所述M＝N。3.根据权利要求2所述的用于钻井液信道的宽带数据传输方法，其特征在于，所述N个信息传输通道中每个信息传输通道接收到所述M个子数据中的一个子数据后均对所述子数据进行编码，再进行调制将所述子数据调制到对应的信息传输通道的谐振频率上。4.根据权利要求3所述的用于钻井液信道的宽带数据传输方法，其特征在于，所述N个信息传输通道中每个信息传输通道对所述子数据进行编码采用的编码方式为BCH编码、RS编码、LDPC编码、卷积编码和Turbo编码方式中的任何一个。5.根据权利要求4所述的用于钻井液信道的宽带数据传输方法，其特征在于，所述N个信息传输通道中每个信息传输通道采用的编码方式相同或者不同。6.根据权利要求3-5任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟，伍瑞卿，顾庆水，江佩佩，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51